燃煤電廠低溫脫硝催化劑應用分析

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:摘要：燃煤發(fā)電機組必須安裝高效脫硫、脫硝和除塵設施，未達標排放的要加快實施環(huán)保設備升級改造，確保滿足最低技術出力以上全負荷、全時段穩(wěn)定達標排放要求。

氮氧化物是燃煤電廠大氣排放的主要污染物之一，在眾多的脫硝技術中，SCR脫硝技術是目前世界上應用最多，最為成熟且最有成效的煙氣脫硝方式，常用的布置方式是高塵高溫布置方式，即布置在省煤器和空預器之間，這時催化劑反應器所處的位置高溫（300-400℃），有利于催化劑發(fā)生作用，然而催化劑處于高塵，磨刷嚴重，壽命將會受到影響。

關鍵詞：燃煤電廠；低溫脫硝；催化劑；應用分析

1低溫脫硝催化劑的研究現(xiàn)狀

低溫脫硝催化劑應用的核心問題是催化劑的研制及金屬氧化物的選擇。國內(nèi)外很多研究單位開展了低溫SCR催化劑的研究，主要包括活性組分及助劑的選擇。低溫脫硝催化劑的脫硝溫度降低，硫酸氫氨的更容易生成，因此低溫脫硝催化劑的關鍵是優(yōu)良的抗SO2性能。

目前研究的熱點集中在以V2O5為主要活性成分，以MoO3、WO3和MoO3-WO3為助劑構(gòu)成的復合氧化物作為活性成分的基礎上添加助劑來增加抗SO2性能。國內(nèi)外研究的過渡金屬氧化物有CuO、CeO2、MnO2等，以氨為還原劑時，有很高的脫硝效率，但是煙氣中存在SO2時，催化劑的活性受到了很大影響。

通過研究H2O和SO2對Fe0.75Mn0.25TiOx的影響，發(fā)現(xiàn)H2O對催化劑的活性影響是可逆的，而SO2的影響是不可逆的，并且其抑制作用更為強烈。通過對Sn摻雜對Mn-Ce催化劑的抗SO2性能研究，結(jié)果表明Sn摻雜可以顯著提高催化劑的活性和N2選擇性，催化劑表現(xiàn)出良好的抗SO2性能。

上述研究表明，可以通過在常規(guī)脫硝催化劑中添加其他金屬助劑改進催化劑的低溫性能，但是低溫抗SO2性能仍是制約低溫脫硝催化劑的應用的重要因素。目前的研究結(jié)果抗SO2性能取得了一定的進展，但是還仍然停留在研究階段，未實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

2低溫脫硝催化劑應用于電廠的可行性分析

由于煙氣中存在NH3和SO3物質(zhì)，不可避免會形成硫酸氫氨物質(zhì)，如果運行溫度在硫酸氫氨的酸露點以上，不會對脫硝催化劑產(chǎn)生很大的影響，如果運行溫度在硫酸氫氨的酸露點以下，液態(tài)的硫酸氫氨會黏附煙氣中的灰塵，造成催化劑的活性位和孔道堵塞，如果短期內(nèi)（6-10小時內(nèi)）不能升高溫度，將脫硝催化劑的活性恢復，將造成脫硝催化劑的永久失活。

需要說明的是，硫酸氫氨的酸露點不是固定的，和煙氣中SO3的濃度有關，煙氣中SO3的濃度越高，硫酸氫氨的酸露點越高，越容易生成液態(tài)的硫酸氫氨。另外，脫硝催化劑的反應主要在微孔進行，由于毛細管效應，微孔中更容易生成液態(tài)的硫酸氫氨，對溫度的變化更敏銳。

綜上所述，液相硫酸氫氨的生成隨溫度變化的現(xiàn)象是物理現(xiàn)象，不能通過化學手段來解決。SO3濃度在10-30ppm范圍內(nèi)313℃已經(jīng)有硫酸氫氨生成，燃煤電廠SO3濃度一般都在此范圍內(nèi)或者大于30ppm，并且還不包括SO2轉(zhuǎn)化的SO3。

低溫窗口脫硝催化劑的應用難點不在催化劑，而在于低溫下硫酸氫氨的形成是不可避免的，不能通過改變催化劑本身改變硫酸氫氨的形成。寬溫度窗口脫硝催化劑在國內(nèi)具有很好的工業(yè)應用前景，然而目前缺乏良好的低溫脫硝催化劑的成熟技術。

雖然國內(nèi)外的研究學者對低溫脫硝催化劑的抗中毒方面進行了諸多研究，但目前離工業(yè)化應用還有很長的一段路要走。目前低溫脫硝催化劑的應用條件集中在低硫低塵的環(huán)境中。原因在于硫酸氫氨的形成是不可避免的，不能通過改變催化劑本身改變硫酸氫氨的形成。

3燃煤電廠低溫脫硝催化劑的實踐應用

3.1原理分析

作為一種高效的煙氣脫硝技術，選擇性催化還原（SCR）工藝成為目前燃煤電廠主要的脫硝工藝。其原理是利用還原劑NH3在催化劑的作用下有選擇性地與煙氣中的NOx反應，生成對環(huán)境無害的N2和H2O，以達到去除NOx的目的。催化劑是SCR煙氣脫硝技術的核心，其性能直接影響SCR系統(tǒng)的脫硝效果。

由于受煙氣（含粉塵）沖刷、煙氣中有毒物質(zhì)影響，隨著運行時間的推移，催化劑會不可避免的發(fā)生失活。造成催化劑失活的主要原因包括機械磨損、孔道堵塞、微孔堵塞、表面覆蓋、化學中毒、燒結(jié)等。掌握催化劑的性能現(xiàn)狀對了解催化劑活性、分析失活原因、預測剩余壽命等具有重要意義。

3.2實踐分析

以某電廠2×350MW超臨界機組SCR脫硝催化劑更換項目為例，該項目的脫硝系統(tǒng)以液氨為還原劑，SCR反應器布置在省煤器和空氣預熱器之間，為單爐雙反應器。煙氣總量為129.8萬Nm3/h（干基，標態(tài)，6%O2），入口灰塵濃度為32.73g/Nm3，入口氮氧化物濃度為670mg/Nm3（濕基，6%O2），SO2濃度為7100mg/Nm3（濕基，6%O2）。

該項目原設計為2+1層，上兩層布置催化劑，最下一層為預留層。本次波紋式脫硝催化劑更換A、B反應器上兩層板式催化劑。該項目要求在50%的負荷下，催化劑連續(xù)運行溫度為295℃，兩層催化劑性能保證值為：脫硝效率大于87%；氨逃逸小于3ppm；SO2/SO3的轉(zhuǎn)換率小于1%；系統(tǒng)阻力不大于600Pa；催化劑的化學壽命大于24,000小時，機械壽命大于10年。

根據(jù)該項目的高硫和低溫（295℃）運行時間長的特點，公司設計了DRC15產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，節(jié)距為16mm×9mm，并采用波紋式脫硝催化劑特制邊緣硬化劑進行硬化，防止煙塵的侵蝕。通過168h測試，實際煙氣空速Av=3024h-1。

在100%負荷下，SCR脫硝裝置A、B側(cè)入口煙氣中SO3平均濃度為81.2mg/m3（干基，標態(tài)，6%O2），出口煙氣中SO3的平均濃度為120.5mg/m3（干基，標態(tài)，6%O2），SO2/SO3轉(zhuǎn)化率平均值為0.71%。168運行結(jié)果顯示，SO2/SO3轉(zhuǎn)換率的平均值為0.71%，兩層的脫硝效率大于90%，各項指標達到了要求，運行狀態(tài)良好。經(jīng)過一年多的運行，出口氮氧化物保持在70mg/Nm3以下，催化劑未出現(xiàn)嚴重磨損，系統(tǒng)運行狀態(tài)穩(wěn)定。

4結(jié)束語

結(jié)合某公司生產(chǎn)的波紋式脫硝催化劑，介紹了波紋式脫硝催化劑在國內(nèi)某高塵、高硫、低負荷運行燃煤電廠的應用，給出波紋式脫硝催化劑的如下信息，供從事SCR脫硝工程相關人員參考：波紋式脫硝催化劑在煙塵濃度為32.73g/Nm3的高硫低負荷燃煤電廠煙氣條件下，安裝兩層催化劑時，在保證90%的脫硝效率情況下，SO2/SO3的平均轉(zhuǎn)換率為0.71%，具有很強的適應能力。

參考文獻略

延伸閱讀：

基于低溫SCR脫硝催化劑研究進展

火電機組靈活性改造之脫硝催化劑低負荷運行適應性探討

脫硝催化劑SCR備用層加裝后對燃煤電廠運行影響分析

寬溫差SCR板式脫硝催化劑